[發明專利]電動汽車低壓大電流電池組組合裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201310061749.2
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103178581A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 劉廣敏;喬昕;賀冬梅;侯恩廣;李楊;崔立志;王知學;李小偉
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/44
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及電動汽車領域，特別涉及一種電動汽車低壓大電流電池組組合裝置及控制方法。

背景技術

中國目前已成為世界最大的汽車市場，據估計，到2020年中國汽車保有量將達到兩億輛左右，其間車用燃料消費將達到約3億噸，中國汽車業必須尋求新的替代能源。而鋰電池具有儲能密度高、使用壽命長、溫度適應性強、使用安全、綠色環保等優勢，汽車行業開始采用鋰電池作為電動汽車的電池解決方案。通常，小型/中型混合動力汽車所需的電池電壓在60V至200V之間。電動汽車的電機驅動系統要求電池的容量大，過載能力強，同時從安全角度考慮，電壓不能過高。

目前，電動汽車鋰電池組有2種組合方式，一種組合方式是高壓小電流電池組，由多個單芯鋰電池串聯堆疊形成，這樣形成的電池組電壓可以高壓三百伏、四百伏。但是由于單芯電池的容量有限，需要直接并聯單芯電池來擴大電池組容量。由于電池組的電壓很高，電池組安裝到電動汽車上安全性很難保證。另外一種組合方式是低壓大電流電池組，由多個單芯電池并聯后再串聯組成。由于這種電池組電壓比較低，安裝到電動汽車上安全性很好。但是由于單芯電池的一致性很難保證，因此并聯的電池數量不能太多，這就導致電池組的容量不大，不能滿足電動汽車的要求。

發明內容

針對目前電動汽車鋰電池組高壓小電流電池組安全性能差，低壓大電流電池組容量不足的問題，本發明設計了一種電流容量可靈活調整、多電池包支路并聯的低壓大電流鋰電池組的組合裝置及控制方法。

電動汽車低壓大電流鋰電池組組合裝置，包括若干個電池包支路；所述的若干個電池包支路并聯且每個電池包支路與電池管理系統主機相連；所述的每個電池包支路包括若干電池包、一個充電IGBT開關、一個放電IGBT開關、一個電流采樣模塊；所述的電池包由若干電池單元串聯而成，所述的電池單元由若干節單芯鋰電池并聯組成，多個電池包再串聯成電池包支路，多個電池包支路并聯形成電池組；所述的充電IGBT開關、放電IGBT開關、電流采樣模塊分別與電池包串聯；所述的若干個電池包支路中，電池包、充電IGBT開關、電流采樣模塊構成了充電回路，充電IGBT開關作為充電開關；電池包、放電IGBT開關、電流采樣模塊構成了放電回路，放電IGBT開關作為放電開關。

電動汽車低壓大電流鋰電池組的組合裝置的控制裝置，如下：

所述的電動汽車低壓大電流鋰電池組的控制裝置包括電池管理系統主機、充電IGBT開關、放電IGBT開關、電流采樣模塊和電池監控裝置；電池監控裝置集成在電池包內部，檢測電池包內部單芯電池的電壓、溫度及估算SOC及電池健康狀態，電池監控裝置通過總線把單芯電池的信號發到電池管理系統主機；電池管理系統主機負責檢測各電池包支路的電流、SOC狀態及健康狀態，并根據各電池包支路的當前狀態控制電池包支路的充放電方式；由充電IGBT模塊接收電池管理系統主機的控制命令，控制IGBT開關來實現充電；由放電IGBT模塊接收來自電池管理系統主機的控制命令，控制IGBT開關來實現放電；電流采樣模塊采集電池的充放電電流并以模擬量的方式傳送到電池管理系統主機。

控制裝置的控制方法，如下：

所述的電動汽車低壓大電流電池組的各個電池包支路的充電回路和放電回路分開，分別由充電IGBT開關和放電IGBT開關控制充電回路和放電回路開關，由電流采樣模塊采樣充電回路電流和放電回路電流；電池組由集成在電池包內部的電池管理系統電池監測裝置來檢測各電芯電池的電壓和溫度，由電流采樣模塊采集電流，由電池管理系統主機根據各個電池包支路中單芯鋰電池的電壓、電流和溫度對整個電池組狀態進行監控并計算各電池包支路SOC及健康狀態，并根據電池包支路的SOC及健康狀態通過充電IGBT控制模塊和放電IGBT控制模塊來控制各電池包支路的充電、放電方式。

所述的充電方式如下：充電時，由電池管理系統主機根據當前電池組各個電池包支路的SOC狀態和健康狀態來決定充電方式；當電池管理系統主機檢測到電池包支路需要充電并且健康狀態良好時，打開相應電池包支路的充電IGBT開關，各個支路內的電芯串行充電，所述的電池管理系統主機通過檢測單芯鋰電池的電壓、充電電流、溫度來監測電池的SOC狀態，當監測到某一支路充滿后關斷相應的IGBT開關，其他支路繼續充電，直到所有支路都充滿；